Van cổng thép

Van cổng thép đúc là loại van đóng/mở được sản xuất bằng phương pháp đúc thép, trong đó các chi tiết chính được tạo hình nguyên khối. Bộ phận đóng mở là cánh van chuyển động theo phương thẳng đứng, chỉ làm việc ở hai trạng thái: mở hoàn toàn hoặc đóng hoàn toàn. Loại van này phù hợp để đóng ngắt lưu chất trong các hệ thống đường ống công nghiệp như dầu khí, hóa chất và điện lực.

Xét theo cơ chế làm kín, van được chia thành hai dạng: tự làm kín (thường dùng trong điều kiện áp suất cao) và làm kín cưỡng bức (phù hợp áp suất thấp hơn). Dải kích thước phổ biến từ DN15 đến DN800, áp suất làm việc từ PN16 đến PN320 (tương đương 1,6MPa ~ 32MPa), và nhiệt độ vận hành có thể từ -29°C đến khoảng 570°C tùy vật liệu.

Van cổng thép có thiết kế đường dòng thẳng, giúp giảm tổn thất áp suất, cho phép dòng chảy đi theo hai chiều và thuận tiện trong lắp đặt. Bề mặt làm kín thường được gia công từ thép không gỉ hoặc phủ hợp kim cứng nhằm tăng độ bền và khả năng chống mài mòn. Phương thức vận hành đa dạng như tay quay, hộp số, hoặc điều khiển điện, đáp ứng nhiều nhu cầu sử dụng khác nhau.

Thiết kế và chế tạo: API 600, API 602, API 603, ISO 10434, MSS SP-70. Mặt bích và kết nối: ANSI/ASME B16.5, ANSI/ASME B16.34, ISO 7005-1, ISO 7005-2. Thử nghiệm và kiểm tra: API 598, ISO 5208, MSS SP-61. Vật liệu thân và cổng van: Thép carbon (WCB), thép hợp kim thấp (WC6, WC9), thép không gỉ (CF8, CF8M). Vật liệu làm kín: PTFE, cao su chịu nhiệt, kim loại cho áp suất và nhiệt độ cao. Mác thép theo ASTM: A216, A105, A351, A182.

Bên cạnh các ưu điểm, van cũng tồn tại hạn chế như bề mặt làm kín có thể bị mài mòn theo thời gian và việc bảo trì tương đối phức tạp. Khi lắp đặt, cần kiểm tra đúng chiều dòng chảy và đảm bảo không gian thao tác phù hợp cho bộ truyền động.

Thông số kỹ thuật van cổng thép

• Kích thước danh nghĩa (DN): DN15 – DN800
• Áp suất danh nghĩa (PN): PN16 – PN320 (≈ 1.6 – 32 MPa)
• Nhiệt độ làm việc: -29°C đến 570°C (tùy vật liệu)
• Vật liệu thân van: Thép carbon (WCB, WCC), thép hợp kim (WC6, WC9), thép không gỉ (CF8, CF8M)
• Vật liệu cánh van (đĩa van): Thép không gỉ hoặc hợp kim cứng
• Vật liệu làm kín: Kim loại (hard seat) hoặc PTFE/gioăng chịu nhiệt
• Kiểu kết nối: Mặt bích (Flange), hàn (Butt weld), ren (Thread)
• Tiêu chuẩn mặt bích: ANSI/ASME B16.5, DIN, JIS
• Tiêu chuẩn thiết kế: API 600, API 602, ISO 10434
• Tiêu chuẩn thử nghiệm: API 598, ISO 5208
• Kiểu vận hành: Tay quay, hộp số, điều khiển điện, điều khiển khí nén
• Môi chất sử dụng: Nước, dầu, hơi, khí, hóa chất (tùy vật liệu)

Giới thiệu chung về van cổng thép

Van cổng là thiết bị quan trọng dùng để kiểm soát dòng chảy, áp suất và nhiệt độ trong hệ thống đường ống của nhiều ngành công nghiệp tự động hóa. Chúng được ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực như điện lực, luyện kim, hóa dầu, môi trường, năng lượng và hệ thống phòng cháy chữa cháy.

Trên thực tế, các dòng van cổng truyền thống thường gặp phải một số hạn chế như rò rỉ hoặc bị ăn mòn sau thời gian dài sử dụng. Để khắc phục, nhiều nhà sản xuất đã áp dụng công nghệ tiên tiến kết hợp vật liệu cao su chất lượng cao nhằm phát triển dòng van cổng gioăng mềm (gioăng đàn hồi). Loại van này tận dụng khả năng biến dạng đàn hồi của cánh van để tạo độ kín tối ưu, giúp cải thiện đáng kể hiệu quả làm kín và hạn chế hiện tượng rò rỉ.

Nhờ đó, van cổng gioăng mềm mang lại nhiều ưu điểm như vận hành nhẹ nhàng, độ kín cao, độ bền tốt và tuổi thọ dài. Sản phẩm phù hợp sử dụng trong các hệ thống cấp thoát nước, xử lý nước thải, xây dựng, dầu khí, hóa chất, thực phẩm, dược phẩm, dệt may, điện lực, đóng tàu, luyện kim và các hệ thống năng lượng.

Van cổng thép đúc là thuật ngữ dùng để chỉ các loại van cổng được chế tạo bằng phương pháp đúc từ vật liệu thép, tạo thành thân và các chi tiết chính của van. So với dòng van này, các loại tương đương khác bao gồm van cổng gang đúc, van cổng thép rèn và van cổng gang dẻo, được phân loại dựa trên vật liệu và phương pháp sản xuất.

Nguyên lý làm kín van cổng thép

Van cổng hoạt động dựa trên hai nguyên lý làm kín chính là làm kín tự động và làm kín cưỡng bức. Khi van đóng, áp lực của môi chất sẽ ép bề mặt làm kín của cánh van áp sát vào đế van, tạo độ kín – đây là cơ chế làm kín tự động. Bên cạnh đó, lực cơ học từ tay quay hoặc bộ truyền động cũng có thể ép chặt cánh van vào đế van để đảm bảo độ kín, gọi là làm kín cưỡng bức.

Trong thực tế, van cổng áp suất cao thường sử dụng nguyên lý làm kín tự động, trong khi các dòng áp suất thấp và trung bình chủ yếu dùng làm kín cưỡng bức.

Lưu ý khi lắp đặt và vận hành

Không sử dụng tay quay, tay gạt hoặc bộ truyền động của van để nâng hạ thiết bị, đồng thời cần tránh va đập mạnh trong quá trình vận hành.

Đối với van cổng hai đĩa, nên lắp đặt theo phương thẳng đứng (trục van hướng lên trên, tay quay ở phía trên).

Với van có đường bypass, cần mở van bypass trước khi vận hành van chính nhằm cân bằng áp suất hai đầu, giúp giảm lực đóng mở.

Các loại van có bộ truyền động phải được lắp đặt đúng theo hướng dẫn kỹ thuật của nhà sản xuất.

Nếu van hoạt động với tần suất cao, cần thực hiện bôi trơn định kỳ, tối thiểu mỗi tháng một lần để đảm bảo vận hành ổn định.

Phân loại van cổng thép

Van cổng thép đúc có thể được phân loại theo vật liệu chế tạo, bao gồm: van cổng thép carbon, van cổng thép không gỉ, van cổng thép hợp kim thấp (điển hình là thép crom–molypden chịu nhiệt cao) và van cổng dùng cho môi trường nhiệt độ thấp.

Tùy theo từng mác thép cụ thể, các dòng van này được chia chi tiết như sau:

Thép carbon đúc: Các mác phổ biến gồm WCA, WCB, WCC, LCB,… với dải nhiệt độ làm việc khoảng từ -46°C đến 425°C.

Thép không gỉ: Bao gồm inox 301, CF8 (tương đương inox 304), CF8M (tương đương inox 316),… phù hợp làm việc trong môi trường từ -198°C đến khoảng 816°C.

Thép hợp kim thấp:Nhóm này gồm thép hợp kim chịu nhiệt cao và thép hợp kim cường độ cao, trong đó phổ biến nhất là thép crom–molypden. Các mác thường dùng như ZG1Cr5Mo, ZG15Cr1MoV, ZG20CrMoV, WC6, WC9, C12A,… có thể làm việc trong dải nhiệt độ từ 550°C đến 750°C.

Lưu ý rằng mỗi loại vật liệu sẽ có giới hạn nhiệt độ và điều kiện làm việc khác nhau, do đó cần lựa chọn phù hợp với môi trường thực tế để đảm bảo độ bền và hiệu suất vận hành của van.

Những hiểu lầm thường gặp

Trong lĩnh vực cung cấp van công nghiệp, thuật ngữ van cổng thép đúc thường được hiểu mặc định là van chế tạo từ thép carbon mác WCB. Nguyên nhân là ở giai đoạn trước, vật liệu thép đúc chưa đa dạng như hiện nay, và WCB là lựa chọn phổ biến, dễ tiếp cận nhất khi sản xuất van cổng.

Theo thời gian, cách gọi này dần trở thành thói quen trong ngành, khiến nhiều người mặc định rằng van cổng thép đúc đồng nghĩa với van WCB. Tuy nhiên, trên thực tế, khái niệm này rộng hơn nhiều, bao gồm cả các dòng thép không gỉ, thép hợp kim và các vật liệu đặc biệt khác.

Trong đó, van cổng thép carbon WCB vẫn là một trong những thiết kế lâu đời, được sử dụng rộng rãi nhờ tính ổn định, độ bền cao và phù hợp với nhiều điều kiện làm việc khác nhau.

Tiêu chuẩn van cổng thép

–	Áp suất danh nghĩa tiêu chuẩn Trung Quốc (MPa)					Tiêu chuẩn phân loại theo pound của Mỹ (Hạng cân)					Tiêu chuẩn Nhật Bản JIS (cấp độ K)
Áp suất danh nghĩa của van	1.6	2,5	4.0	6.4	10.0	150	300	400	600	900	10 nghìn	20 nghì
Áp suất danh nghĩa của van(MPa)	2.4	3.8	6.0	9.6	15.0	3.1	7.8	10.2	15.3	23.1	3.1	7.8
Thử nghiệm niêm phong bằng nước áp suất cao (MPa)	1.8	2.8	4.0	7.0	11.0	2.1	5.6	7.5	11.2	16,8	2.1	5.6
Thử nghiệm độ kín khí ở áp suất thấp (MPa)	Việc phát hiện rò rỉ được thực hiện bằng cách sử dụng môi trường khí có áp suất từ ​​0,5 MPa đến 0,7 MPa.

Tiêu chuẩn thử nghiệm: GB/T 13927-2008 (Thử nghiệm áp suất van tổng quát), API 598, ISO 5208

Tiêu chuẩn thiết kế: GB/T 12234-2007 (Van cổng thép cho ngành dầu khí), API 600, API 602, ISO 10434

Tiêu chuẩn kết nối mặt bích: JB/T 79-94, GB/T 9113-2000, HG/T 20592-2009, ANSI/ASME B16.5, ASME B16.47, ISO 7005-1

Chiều dài kết cấu: GB/T 12221-2005 (Chiều dài kết cấu van kim loại), ASME B16.10

Đường kính danh nghĩa: DN15 – DN1200

Áp suất danh nghĩa: PN10 – PN320 (1.0 MPa – 32.0 MPa), Class 150 – Class 2500 (ANSI)

Điều kiện làm việc áp dụng môi chất sử dụng theo mã vật liệu:

Mã “C” – Thép carbon: Phù hợp cho nước, dầu và hơi nước, với nhiệt độ làm việc tối đa khoảng 425°C.

Mã “P” – Inox 304: Thường dùng trong môi trường có tính oxy hóa như axit nitric, nhiệt độ làm việc đến khoảng 200°C.

Mã “R” – Inox 316: Thích hợp cho môi trường chứa axit hữu cơ như axit axetic, chịu nhiệt đến khoảng 200°C.

Mã “I” – Thép hợp kim Cr-Mo (WC6, WC9): Áp dụng cho nước, dầu và hơi ở nhiệt độ cao, có thể làm việc đến khoảng 595°C.… (các vật liệu khác sẽ được lựa chọn tùy theo đặc tính môi chất và điều kiện vận hành thực tế).

Điểm lắp đặt – Cài đặt và sử dụng

Trước khi lắp đặt, cần kiểm tra bên trong thân van và bề mặt làm kín, đảm bảo không có cặn bẩn, bụi hoặc cát tồn đọng.

Các bu lông tại vị trí kết nối phải được siết đều và đúng lực để tránh rò rỉ.

Gioăng làm kín cần được lắp và siết đúng kỹ thuật nhằm đảm bảo độ kín và giúp van vận hành trơn tru.

Kiểm tra đầy đủ thông tin như loại van, kích thước, tiêu chuẩn kết nối và chiều dòng chảy để đảm bảo phù hợp với hệ thống.

Khi lắp đặt, cần chừa khoảng không gian đủ để thao tác vận hành và bảo trì van.

Đối với van có bộ truyền động (điện/khí nén), việc đấu nối phải tuân thủ đúng sơ đồ kỹ thuật của nhà sản xuất.

Van cần được kiểm tra, bảo dưỡng định kỳ; hạn chế va đập hoặc tác động lực mạnh để tránh ảnh hưởng đến khả năng làm kín.

Những lưu ý khi lắp đặt van cổng thép 

Vị trí lắp đặt, cao độ và hướng dòng chảy phải đúng theo bản vẽ thiết kế; các mối nối phải đảm bảo kín và chắc chắn.

Đối với các van tay lắp trên đường ống có bảo ôn, tay vận hành không nên hướng xuống dưới để thuận tiện sử dụng.

Trước khi lắp, cần kiểm tra ngoại quan van; nhãn mác phải đáp ứng tiêu chuẩn GB 12220 hoặc tương đương.

Kiểm tra áp lực trước khi đưa vào sử dụng:

Với van có áp suất làm việc > 1,0 MPa hoặc dùng cho tuyến ống chính, bắt buộc phải thử áp.

Thử độ bền: áp suất thử bằng 1,5 lần áp suất định mức, duy trì tối thiểu 5 phút; thân van và gioăng không được rò rỉ.

Thử độ kín: áp suất thử bằng 1,1 lần áp suất định mức; yêu cầu không có rò rỉ tại bề mặt làm kín của đĩa van.

Việc thử nghiệm cần tuân thủ theo tiêu chuẩn GB 50243 hoặc tiêu chuẩn tương đương.

Ưu điểm và nhược điểm của van cổng thép đúc

1. Ưu điểm:

Tổn thất áp suất nhỏ do dòng chảy đi thẳng, ít bị cản trở.

Giảm ma sát và hạn chế mài mòn trên bề mặt làm kín trong quá trình vận hành.

Đóng mở tương đối nhẹ, không bị giới hạn bởi hướng dòng chảy.

Không gây xáo trộn dòng lưu chất, giữ ổn định áp suất hệ thống.

Kết cấu đơn giản, chiều dài lắp đặt ngắn, thuận tiện sản xuất và thay thế.

Đa dạng vật liệu, có thể làm việc trong điều kiện nhiệt độ và áp suất cao.

Ứng dụng rộng trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau.

2. Nhược điểm:

Bề mặt làm kín dễ bị mài mòn hoặc trầy xước theo thời gian, gây khó khăn khi bảo trì.

Kích thước lớn, chiếm nhiều không gian lắp đặt.

Thời gian đóng mở chậm hơn so với một số loại van khác.

Phân loại theo loại van cổng thép: Van cổng được chia theo loại cửa gồm: van cổng cánh cao su và van cổng song song. Van cổng cánh cao su tiếp tục được phân thành loại cửa đơn, cửa đôi và cửa đàn hồi; trong khi van cổng song song gồm loại cửa đơn và cửa đôi.

Phân loại theo vị trí ty nổi của thân van: Dựa vào chuyển động của trục van, có thể chia thành van cổng trục nâng và van cổng trục không nâng. Van cổng trục nâng có trục di chuyển lên xuống khi vận hành; ngược lại, van cổng trục không nâng chỉ quay mà không thay đổi vị trí theo phương thẳng đứng.

Van cổng trục nâng (ty nổi) là loại mà cánh van chuyển động tịnh tiến cùng với trục. Thông qua cơ cấu ren (thường là ren hình thang), kết hợp với đai ốc và rãnh dẫn hướng, chuyển động quay của tay quay được biến đổi thành chuyển động thẳng, tạo lực nâng/hạ cánh van. Khi van mở hoàn toàn, tiết diện dòng chảy gần như không bị cản trở khi cánh van nâng lên đến vị trí tương ứng với đường kính danh nghĩa. Trong thực tế, trạng thái mở hoàn toàn thường được xác định khi trục van đạt giới hạn hành trình và không thể nâng thêm. Để tránh hiện tượng kẹt do giãn nở nhiệt, người vận hành thường xoay ngược lại một góc nhỏ (khoảng 1/2 đến 1 vòng).

Một số van cổng có đai ốc trục gắn trực tiếp trên cánh van, khi đó trục chỉ quay mà không tịnh tiến. Khi xoay tay quay, cánh van sẽ di chuyển lên xuống thông qua ren bên trong. Loại này được gọi là van cổng trục không nâng (ty chìm). Nguyên lý đóng/mở tương tự: mở hoàn toàn khi không thể quay thêm và đóng hoàn toàn khi không thể siết thêm. Tuy nhiên, do không quan sát được hành trình trục nên việc xác định trạng thái mở/đóng khó hơn, thường cần thêm chỉ báo vị trí.

Lưu ý

Cần phân biệt giữa nguyên lý làm kín và kết cấu tự làm kín của thân van. Kết cấu tự làm kín đề cập đến cách liên kết giữa thân van và nắp van. Với các van áp suất thấp và trung bình, thân và nắp thường được liên kết bằng mặt bích và bu lông. Đối với van áp suất cao (trên PN160), thường sử dụng kết cấu tự làm kín không dùng bu lông trung tâm mà tận dụng áp lực để tăng độ kín tại vị trí kết nối.